trabalho de fibra de carbono 2 pdf

FIBRAS DE CARBONOFIBRAS DE CARBONO

• Obtenção• Obtenção

• Estrutura• Estrutura

• Propriedades• Propriedades

• Introdução• Introdução

• Histórico• Histórico

CIÊNCIA E TECNOLOGIACIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CARBONODO CARBONO

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Fibras com pelo menos 92% de carbono em massa na sua composição. Podem ser curtas

ou contínuas; sua estrutura pode ser cristalina, amorfa ou parcialmente cristalina

Carbon fiber, Carbon fibre, Graphite fiber

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HISTÓRICOHISTÓRICO

• Primeira patente de obtenção de fibras de carbono (Inglaterra): - © Joseph Swan 1860

- queima de filamentos de bambu - filamento incandescente em lâmpadas elétricas, operando em vácuo parcial.

• Lâmpadas com filamento de tungstênio: - luz quase branca (bulbo com vácuo parcial) - baixa luminosidade ...

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• Primeira patente de obtenção de fibras de carbono (EUA): - © Thomas Edison 1880 - Queima de algodão, para uso como filamentos em lâmpadas elétricas.

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• 1897: Thomas Edison inventa a lâmpada elétrica

• 24/11/1900 (Revista Scientific American)

U$ 200 / 20 lâmpadas7

HISTÓRICOHISTÓRICO• 1910 em diante: produção de filamentos de carbono foi deixada de lado, devido ao uso dos filamentos de tungstênio em lâmpadas elétricas.

• O interesse e a produção de fibras de carbono foram renovados a partir de 1950: - propulsão a jato

• Messerschmitt Me-262 "Swallow” - primeiro vôo em 18/07/1942

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- 1950 em diante: programas intensos de pesquisa no projeto, materiais e processos para utilização de materiais compósitos em estruturas primárias no setor aeroespacial:

Propulsão a jato, que impeliu o desenvolvimento de aeronaves maiores e

mais velozes (caças, bombardeiros e espiões)

- Estruturas com alta resistência mecânica- Desenvolvimento de “super” fibras- Desenvolvimento de “super” polímeros


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OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO

OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO

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Como é obtido o carvão vegetal ?Como é obtido o carvão vegetal ?

Forno de carvão vegetal em funcionamento

Madeira Carvão

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Como é obtido o carvão vegetal ?Como é obtido o carvão vegetal ?

Forno de carvão vegetal em funcionamento

Madeira Carvão

Carbonização ou pirólise: eliminação Carbonização ou pirólise: eliminação dos materiais não carbonosos dos materiais não carbonosos (nitrogênio, oxigênio, etc) em (nitrogênio, oxigênio, etc) em atmosfera controlada (pouco atmosfera controlada (pouco oxidante ou totalmente inerte).oxidante ou totalmente inerte).

Rendimento de carbonoRendimento de carbono (teor de carbono fixo)(teor de carbono fixo)

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Qual é a temperatura necessária para obter ~100 % de carbono de

qualquer matéria orgânica ?

Qual é a temperatura necessária para obter ~100 % de carbono de

qualquer matéria orgânica ?

T > 1000 C

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Precursores da Fibra de carbonoPrecursores da Fibra de carbono

• Fibras de rayon (celulose)

• Fibras de poliacrilonitrila

• Piche

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• Piche: constituído de muitas substâncias aromáticas (exemplo: benzeno), é um termoplástico.

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• Fibras de poliacrilonitrila (termoplástico)

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• Fibras de rayon (celulose - termorrígido)

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Lembrando ...Lembrando ...

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Mas o que acontece se um polímero

termoplástico for carbonizado ??

VAI FUNDIR ...

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• O precursor mais utilizado: POLIACRILONITRILA

• Produzida pela primeira vez em 1944 (EUA) - setor têxtil (Du Pont) - 1950: ORLON

• Logo tornou-se a terceira fibra sintética mais produzida no mundo: - disponibilidade de matéria-prima - tecnologias simples envolvidas na sua polimerização

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• Possibilidade de controle das reações físico-químicas envolvidas na sua produção• Produção contínua (fios contínuos)

• Permite obter propriedades específicas na fibra de carbono final, dentro de uma faixa estreita de valores de resistência mecânica

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Morfologia da seção transversal

da fibra de PAN

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Mas a POLIACRILONITRILA é termoplástica ...

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Poliacrilonitrila TermorrígidaPoliacrilonitrila Termorrígida

Termoplástico

Termorrígido

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Esquema geral da fabricação de fibras de carbono (PAN)

Esquema geral da fabricação de fibras de carbono (PAN)

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Poliacrilonitrila oxidada (PANOX)Poliacrilonitrila oxidada (PANOX)

• Muito utilizadas em componentes para proteção térmica (baixa condutividade térmica).

• Maior proteção térmica em relação às fibras têxteis convencionais contra o calor intenso.

• Mantém uma barreira contra uma chama de 900 C por mais de 5 minutos, produzindo uma liberação mínima de vapores tóxicos.

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Poliacrilonitrila oxidada (PANOX)Poliacrilonitrila oxidada (PANOX)

Tabela 1. Usos das fibras de poliacrilonitrila oxidada(PANOX).

Setor Usos

Vestuário Siderúrgico, químico,

petrolífero, policial, esportivo

(velocidade), combate ao fogo

Transporte Aeronáutico, náutico,

ferroviário e automotivo

(assentos e interiores)

Industrial Isolamento de cabos, Mantas

contra fogo, máscaras de solda 27

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